[发明专利]包括成像装置的增材制造系统和操作这类系统的方法

说明书

本公开的发明名称是“包括成像装置的增材制造系统和操作这类系统的方法”。一种增材制造系统(100)包括：保持微粒(114)的表面(112)；以及聚焦能量源(104)，配置成生成至少一个束(132)，其沿表面移动以将微粒加热到熔点，从而创建熔融路径。摄像机(136)配置成在所述至少一个束沿表面移动时生成表面的图像(200，300，302)。摄像机具有视场，并且相关于表面被定位，使得视场包含定义多个光栅(202)的熔融路径的一部分。摄像机生成定义所述多个光栅的熔融路径的至少该部分的时间曝光图像。

技术领域

本文所公开的主题一般涉及增材制造（additive manufacturing）系统，以及更具体来说涉及包括用于在增材制造过程期间对熔融微粒进行成像的成像装置的增材制造系统。

背景技术

至少一些增材制造系统涉及制作净形（net shape）或者近净形组件的金属组件的建造。这些系统以降低成本并且以改进制造效率从昂贵材料来产生复合组件。诸如直接金属激光熔融(DMLM)、选择性激光烧结(SLS)、直接金属激光烧结(DMLS)、选择性激光熔融(SLM)和LaserCusing系统之类的一些已知增材制造系统使用聚焦能量源(例如激光装置或电子束发生器)和微粒(例如粉末金属)来制作组件。

在一些已知的增材制造系统中，因熔池（melt pool）内的聚焦能量源传递给金属粉末的热量的变化和/或过度热量而降低组件质量。例如，一些局部过热特别是在悬垂（overhang）处发生。另外，在一些已知增材制造系统中，因粉末金属与组件的周围固体材料之间的传导热传递的变化而降低特别是在悬垂或向下朝向的表面处的组件表面质量。例如，通过聚焦能量源所产生的熔池有时变得过大，从而使熔融金属蔓延到周围粉末金属中以及熔池更深地渗透到粉末层中，从而将附加粉末拉入熔池中。增加的熔池大小和深度以及熔融金属的流动引起悬垂或向下朝向的表面的不良表面抛光。

另外，在一些已知增材制造系统中，由于因表面下结构和金属粉末的热导率的变化性引起的熔池变化，降低组件的尺寸精度和小特征分辨率。由于熔池大小变化，所以印制结构的精度特别是在特征的边缘变化。

至少一些已知增材制造系统包括成像装置，以便在制作过程期间生成熔池的部分的图像。成像装置包括具有快门的摄像机，所述快门对极短的时间期开启。成像装置在熔融过程期间跟踪聚焦能量源，以捕获光。但是，成像装置仅生成熔池的部分的图像。此外，成像装置在没有参考特定位置的情况下生成熔池的部分的图像。另外，成像装置要求对特定增材制造系统所定制的复杂编程和设备。

发明内容

在一个方面，一种增材制造系统包括：保持微粒的表面；以及聚焦能量源，配置成生成至少一个束，其沿表面移动以将微粒加热到熔点，从而创建熔融路径（melt path）。摄像机配置成在所述至少一个束沿表面移动时生成表面的图像。摄像机具有视场，并且相关于表面被定位，使得视场包含定义多个光栅的熔融路径的一部分。摄像机生成定义所述多个光栅的熔融路径的至少该部分的时间曝光图像。

在另一方面，一种使用增材制造系统来制造部件的方法包括在表面上沉积微粒层。使用聚焦能量源将微粒加热到微粒的熔点。聚焦能量源的束定向在微粒，以及形成熔池，其发射熔池光。移动该束，以生成熔池路径。摄像机被暴露于熔池光，以及采用摄像机来生成熔池路径的至少一部分的时间曝光图像。

在还有的另一方面，提供一种供增材制造系统中使用的成像装置，增材制造系统包括：保持微粒的表面；以及聚焦能量源，配置成生成至少一个束，其沿表面移动以将微粒加热到熔点。成像装置包括摄像机。该摄像机包括：传感器；以及外壳，其定义用于光穿过并且照射传感器的光圈。成像装置还包括触发器，其配置成接收与聚焦能量源的操作特性相关的信号，并且基于该信号来控制光经过光圈的传播，使得摄像机在聚焦能量源的操作期间生成微粒的时间曝光图像。

本公开由此提供以下技术方案：

技术方案1. 一种增材制造系统，包括：